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1 Terraplanagem e Pavimentação Prof. MSc. Ruiter da Silva Souza Solo, do latim solum, o material da crosta terrestre, não consolidado, que ordinariamente se distingue das rochas, de cuja decomposição em geral provêm, por serem suas partículas desagregáveis pela simples agitação dentro da água [Holanda, A. Buarque de]. Geologicamente, define-se solo como o material resultante da decomposição das rochas pela ação de agentes de intemperismo. No âmbito da engenharia rodoviária, considera-se solo todo tipo de material orgânico ou inorgânico, inconsolidado ou parcialmente cimentado, encontrado na superfície da terra. Em outras palavras, considera-se como solo qualquer material que possa ser escavado com pá, picareta, escavadeiras, etc., sem necessidade de explosivos. MATERIAIS - SOLO 2 -Divididos em dois grandes grupos: Residuais e Transportados. -Residuais: os produtos da rocha intemperizada permanecem ainda no local em que se deu a transformação. -Transportados: produtos de alteração foram transportados por um agente qualquer, para local diferente ao da transformação. SOLO - ORIGEM -Bastante comuns no Brasil, principalmente na região Centro-Sul, em função do próprio clima. -Todos os tipos de rocha formam solo residual. -Sua composição depende do tipo e da composição mineralógica da rocha original que lhe deu origem. Exemplo: Basalto Terra-roxa argila arenosa. Arenito ou quartzitos solos arenosos constituídos de quartzo. SOLOS RESIDUAIS 3 -Não existe um contato ou limite direto e brusco entre o solo e a rocha que o originou. -Passagem gradativa entre eles, separação de pelo menos duas faixas distintas; aquela logo abaixo do solo propriamente dito, que é chamada de solo de alteração de rocha, e uma outra acima da rocha, chamada de rocha alterada ou rocha decomposta (Figura 1). SOLOS RESIDUAIS -Subdividido em maduro e jovem, segundo o grau de decomposição dos minerais. -Material que não mostra nenhuma relação com a rocha que lhe deu origem. Não se consegue observar restos da estrutura da rocha nem de seus minerais. -O solo de alteração de rocha já mostra alguns elementos da rocha-matriz, como linhas incipientes de estruturas ou minerais não decompostos. -A rocha alterada é um material que lembra a rocha no aspecto, porém com um estágio de dureza ou resistência inferior ao da rocha. -A rocha-sã é a própria rocha inalterada. -As espessuras das quatro faixas descritas são variáveis e dependem das condições climáticas e do tipo de rocha. SOLOS RESIDUAIS 4 -A ação intensa do intemperismo químico nas áreas de climas quentes e úmidos provoca a decomposição profunda das rochas com a formação de solos residuais, cujas propriedades dependem fundamentalmente da composição e tipo de rocha existente na área. -Região de granito e gnaisse distinguem-se três zonas distintas de material decomposto. Próximo à superfície, ocorre um horizonte de características silto- arenosas e finalmente aparece uma faixa de rocha parcialmente decomposta (também chamada de solo de alteração de rocha), na qual se pode distinguir ainda a textura e estrutura da rocha original. Esse horizonte corresponde a um estágio intermediário entre solo e rocha. Abaixo desta faixa, a rocha aparece ligeiramente decomposta ou fraturada, com transições para rocha-sã. -Não se deve imaginar que ocorra sempre uma decomposição contínua, homogênea e total na faixa de solo (regolito). Isso porque em certas áreas das rochas pode haver minerais mais resistentes à decomposição, fazendo com que essas áreas permaneçam como blocos isolados. SOLOS RESIDUAIS -Os solos transportados formam geralmente depósitos mais inconsolidados e fofos que os residuais, e com profundidade variável. -Nos solos transportados, distingue-se uma variedade especial que é o solo orgânico, no qual o material transportado está misturado com quantidades variáveis de matéria orgânica decomposta, que em quantidades apreciáveis, forma as turfeiras. -Entre os solos transportados, é necessário destacar-se, de acordo com o agente transportador, os seguintes tipos ainda: coluviais, de aluvião, eólicos (dunas costeiras). SOLOS TRANSPORTADOS 5 -Solo de Aluvião: Os materiais sólidos que são transportados e arrastados pelas águas e depositados nos momentos em que a corrente sofre uma diminuição na sua velocidade constituem os solos aluvionares ou aluviões. -Solos Orgânicos: Os locais de ocorrência de solos orgânicos são em áreas topográficas e geograficamente bem caracterizadas: em bacias e depressões continentais, nas baixadas marginais dos rios e nas baixadas litorâneas. -Solos Coluviais: Os depósitos de coluvião, também conhecidos por depósitos de tálus, são aqueles solos cujo transporte deve exclusivamente à ação da gravidade (Figura 4). São de ocorrência localizada, situando-se, via de regra, ao pé de elevações e encostas, etc. SOLOS TRANSPORTADOS -Solos Eólicos: São de destaque, apenas os depósitos ao longo do litoral, onde formam as dunas, não sendo comuns no Brasil. SOLOS TRANSPORTADOS 6 -Para facilidade de identificação dos solos, sob o ponto de vista do seu comportamento, existe uma série de testes simples, visuais e manuais, prescindindo de qualquer instrumento de laboratório que permita distinguir entre um tipo e outro de solo. A seguir são enumerados e sucintamente explicados tais testes: a) Teste visual, que consiste na observação visual do tamanho, forma, cor e constituição mineralógica dos grãos do solo, permitindo distinguir entre solos grossos e solos finos; b) Teste do tato, que consiste em apertar e friccionar, entre os dedos, a amostra de solo: os solos ásperos são de comportamento arenoso e os solos macios são de comportamento argiloso; c) Teste do corte, que consiste em cortar a amostra com uma lâmina fina e observar a superfície do corte: sendo polida (ou lisa), tratar-se-á de solo de comportamento argiloso; sendo fosca (ou rugosa), tratar-se-á de solo de comportamento arenoso; IDENTIFICAÇÃO DE SOLOS d) Teste da dilatância, (também chamado da mobilidade da água ou ainda da sacudidela) – que consiste em colocar na palma da mão uma pasta de solo (em umidade escolhida) e sacudi-la batendo leve e rapidamente uma das mãos contra a outra. A dilatância se manifesta pelo aparecimento de água na superfície da pasta e posterior desaparecimento, ao amassar-se a amostra entre os dedos: os solos de comportamento arenoso reagem sensível e prontamente ao teste, enquanto que os de comportamento argiloso não reagem; e) Teste de resistência seca, que consiste em tentar desagregar (pressionando com os dedos) uma amostra seca do solo: se a resistência for pequena, tratar-se-á de solo de comportamento arenoso; se for elevada, de solo de comportamento argiloso. IDENTIFICAÇÃO DE SOLOS 7 FASES DO SOLO -Constituída por partículas ou grãos de dimensões, forma e natureza química e mineralógica variáveis, decorrentes da rocha de origem e dos fatores que intervieram na formação do solo. -Essas partículas podem estar soltas ou agrupadas, mantendo-se unidas pela ação de colóides minerais ou orgânicos, que atuam como um cimento. -Chama-se granulometria ou análise granulométrica a operação que visa estabelecer a distribuição, em peso, das partículas segundo suas dimensões. FASE SÓLIDA 8 -A fase líquida não pode ser encarada de uma forma independente, porque a água se apresenta nos solos sob diversos aspectos, com propriedades que podem variar totalmente da água livre. a) Água de constituição: como o nome indica, é um dos componentes da argila, cuja eliminação ou variação percentual acarreta alteração nas propriedades da mesma; b) Água adsorvida: constitui-se na película fixada na superfície dos grãos. A espessura dessa película é variável. Para as argilas finas, é de aproximadamente 50Å (5,0 milimicron); c) Águahigroscópica: é aquela que se encontra no solo, ao ar livre, ou seja, em equilíbrio com o vapor de água da atmosfera úmida, e é cedida em uma atmosfera seca. Vê-se, então, que a umidade do solo ao ar livre é função do grau de saturação da atmosfera. FASE LÍQUIDA d) Água capilar: é aquela que, nos solos de grãos finos, sobe pelos interstícios capilares deixados pelas partículas sólidas, além do plano determinado pela água livre. A capilaridade constitui uma das mais importantes manifestações da existência das três fases: sólido, líquido e gás. A coesão e o fenômeno de contração das argilas são explicados através da ação capilar existente nos solos; e) Água livre: tem as características físicas da água comum, regendo-se seu comportamento pelas leis da hidráulica. Quanto maior a porosidade do solo, maior a quantidade de água que pode conter em seus vazios. FASE LÍQUIDA 9 -Consiste nos vazios deixados pelas fases sólida e líquida, e é constituída por ar, vapor d‘água e carbono combinado. -A proporção da fase gasosa depende da fase líquida. -A fase gasosa é muito importante nos estudos de consolidação dos aterros, quando há necessidade de calcular as tensões neutras desenvolvidas, em função da redução de volume da fase gasosa. FASE GASOSA -A Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) elaborou a TB-3 Terminologia de Rochas e Solos, ABNT NBR 6502:1995. -Identificados por sua textura (composição granulométrica), plasticidade, consistência ou compacidade. -Sob o ponto de vista de identificação, a textura, é uma das mais importantes propriedades dos solos, mesmo que não seja suficiente para definir e caracterizar o comportamento geral desses materiais. -a) Pedregulho: é a fração do solo que passa na peneira de (3") e é retida na peneira de 2,00 mm (nº 10); b) Areia: é a fração do solo que passa na peneira de 2,00 mm (nº 10) e é retida na peneira de 0,075 mm (nº 200); TERMINOLOGIA PARA ROCHAS E SOLOS 10 c) Areia grossa: é a fração compreendida entre as peneiras de 2,0 mm (nº 10) e 0,42 mm (nº 40); d) Areia fina: é a fração compreendida entre as peneiras de 0,42 mm (nº 40) e 0,075 mm (nº 200); e) Silte: é a fração com tamanho de grãos entre a peneira de 0,075 mm (nº 200) e 0,005 mm; f) Argila: é a fração com tamanho de grãos abaixo de 0,005 mm (argila coloidal é a fração com tamanho de grãos abaixo de 0,001 mm). TERMINOLOGIA PARA ROCHAS E SOLOS -Na natureza, os solos se apresentam, quase sempre, compostos de mais de uma das frações acima definidas. Uma dada fração, nesses casos, pode influir de modo marcante no comportamento geral dos solos (principalmente os naturais). Há necessidade de levar em conta todas as propriedades, além da distribuição granulométrica. Sob esse aspecto, então, empregam-se as seguintes denominações: a) Areias e Pedregulhos (solos de comportamento arenoso) - são solos de granulação grossa, com grãos de formas cúbicas ou arredondadas, constituídos principalmente de quartzo (sílica pura). Seu comportamento geral pouco varia com a quantidade de água que envolve os grãos. São solos praticamente desprovidos de coesão: sua resistência à deformação depende fundamentalmente de entrosamento e atrito entre os grãos e da pressão normal (à direção da força de deformação) que atua sobre o solo. TERMINOLOGIA PARA ROCHAS E SOLOS 11 b) Siltes - são solos intermediários, podendo tender para o comportamento arenoso ou para o argiloso, dependendo da sua distribuição granulométrica, da forma e da composição mineralógica de seus grãos. Assim, usar-se-ão as designações de silte arenoso ou silte argiloso, conforme a tendência preferencial de comportamento. c) Argilas (solos de comportamento argiloso) - são solos de granulação fina, com grãos de formas lamelares, alongadas e tubulares (de elevada superfície específica1), cuja constituição principal é de minerais argílicos: caulinita, ilita e montmorilonita, isto é, silicatos hidratados de alumínio e/ou ferro e magnésio, que formam arcabouços cristalinos constituídos de unidades fundamentais. Devido à finura, forma e composição mineralógica de seus grãos, o comportamento geral das argilas varia sensivelmente com a quantidade de água que envolve tais grãos. Assim, apresentam esses solos em determinada gama de umidade, características marcantes de plasticidade, permitindo a mudança de forma (moldagem) sem variação de volume, sob a ação de certo esforço. Sua coesão é função do teor de umidade: quanto menos úmidas (mais secas), maior a coesão apresentada, podendo variar o valor da coesão (do estado úmido ao seco), numa dada argila, entre limites bem afastados. (Manual de Pavimentação do DNIT). TERMINOLOGIA PARA ROCHAS E SOLOS -Com isso podemos um mesmo solo designado de duas maneiras diversas, conforme o critério adotado: a) silte argilo-arenoso - ponto de vista exclusivamente textural – indicando predominância, em peso, da fração silte, seguida da fração argila, e em menor proporção, a fração areia; b) argila silto-arenosa - ponto de vista de comportamento geral - a fração argila impõe suas propriedades ao conjunto, mesmo quando não predominante em peso. São usados, também, na descrição de solos, alguns termos como os seguintes: a) Turfa - solo sem plasticidade, com grande percentagem de partículas fibrosas de material ao lado de matéria orgânica coloidal, marrom-escuro a preto, muito compressível, e combustível quando seco; b) Cascalho - solo com grande percentagem de pedregulho, podendo ter diferentes origens - fluvial, glacial e residual; o cascalho de origem fluvial é chamado comumente de seixo rolado; TERMINOLOGIA PARA ROCHAS E SOLOS 12 c) Solo laterítico - é um solo que ocorre comumente sob a forma de crostas contínuas, como concreções pisolíticas isoladas ou, ainda, na forma de solos de textura fina mas pouco ou nada ativos. Suas cores variam do amarelo ao vermelho mais ou menos escuro e mesmo ao negro. Diversas designações locais existem para os solos ou cascalhos lateríticos, tais como: piçarra, recife, tapiocanga e mocororó; d) Saibro - solo residual areno-argiloso, podendo conter pedregulhos, proveniente de alteração de rochas graníticas ou gnáissicas; e) Topsoil - solo areno-siltoso, com pouca ou nenhuma argila, encontrado nas camadas superficiais de terrenos de pequena declividade, ou nas partes baixas de bacias hidrográficas. f) Massapê - solo argiloso, de plasticidade, expansibilidade e contratilidade elevadas, encontrado, principalmente, na bacia do Recôncavo Baiano. Suas características decorrem da presença da montmorilonita. No Paraná, materiais semelhantes são designados sabão-de-caboclo. TERMINOLOGIA PARA ROCHAS E SOLOS GRANULOMETRIA (DNER - ME 051/94 E DNER - ME 080/94) -A análise granulométrica consiste na determinação das porcentagens, em peso, das diferentes frações constituintes da fase sólida do solo. Para as partículas de solo maiores do que 0,075 mm (peneira nº 200 da ASTM) o ensaio é feito passando uma amostra do solo por uma série de peneiras de malhas quadradas de dimensões padronizadas. - Pesam-se as quantidades retiradas em cada peneira e calculam-se as porcentagens que passam em cada peneira. -A Tabela 2 abaixo, indica as aberturas das malhas das peneiras normais da ASTM mais usadas nos laboratórios rodoviários. CARACTERÍSTICA DOS GRÃOS 13 GRANULOMETRIA (DNER - ME 051/94 E DNER - ME 080/94) -Para as partículas de solo menores do que 0,075 mm utiliza-se o método de sedimentação contínua em meio líquido. Este método é baseado na lei de Stokes, a qual estabelece uma relação entre o diâmetro das partículas e a sua velocidade de sedimentação em um meio líquido de viscosidade e peso específico conhecidos. d = diâmetro equivalente da partícula, isto é, o diâmetro de uma esfera de mesmo peso específico e que sedimenta com a mesma velocidade; γ = peso específico das partículas de solo; n= coeficiente de viscosidade do meio dispersor; a = altura de queda das partículas, correspondentes à leitura do densímetro; t = tempo de sedimentação. CARACTERÍSTICA DOS GRÃOS GRANULOMETRIA (DNER - ME 051/94 E DNER - ME 080/94) -Com os resultados obtidos no ensaio de granulometria traça-se a curva granulométrica em um diagrama semi-logarítmico que tem como abscissa os logaritmos das dimensões das partículas e como ordenadas as porcentagens, em peso, de material que tem dimensão média menor que a dimensão considerada (porcentagem de material que passa). -Segundo a forma da curva, podemos distinguir os seguintes tipos de granulometria uniforme (curva-A); bem graduada (curva-B); mal graduada (curva-C), conforme indicado na Figura 8 abaixo. CARACTERÍSTICA DOS GRÃOS 14 LIMITES DE CONSISTÊNCIA -Esses limites permitem avaliar a plasticidade dos solos. -Esta propriedade dos solos argilosos consiste na maior ou menor capacidade de serem eles moldados sem variação de volume, sob certas condições de umidade. -A diferença numérica entre o limite de liquidez (LL) e o limite de plasticidade (LP) fornece o índice de plasticidade (IP). IP = LL - LP CARACTERÍSTICA DOS GRÃOS LIMITES DE CONSISTÊNCIA -Este índice define a zona em que o terreno se acha no estado plástico e, por ser máximo para as argilas e mínimo para as areias, fornece um valioso critério para se avaliar o caráter argiloso de um solo. -Quanto maior o IP, tanto mais plástico será o solo. -O índice de plasticidade é função da quantidade de argila presente no solo, enquanto o limite de liquidez e o limite de plasticidade são funções da quantidade e do tipo de argila. Quando um material não tem plasticidade (areia, por exemplo), escreve-se IP = NP (não plástico). CARACTERÍSTICA DOS GRÃOS 15 LIMITES DE LIQUIDEZ -O ensaio do limite de liquidez é realizado em um aparelho denominado aparelho de Casagrande, que consiste essencialmente de uma concha metálica que, acionada por uma manivela, golpeia a base do citado aparelho. O ensaio é feito com a fração da amostra representativa do solo que passa na peneira de 0,42 mm de abertura de malha (peneira nº 40). CARACTERÍSTICA DOS GRÃOS Ensaio do Limite de Plasticidade (DNER-ME 082/94) CARACTERÍSTICA DOS GRÃOS 16 Ensaio do Limite de Plasticidade (DNER-ME 082/94) -A amostra é colocada em uma cápsula e homogeneizada com adição de água aos poucos, até resultar massa plástica. Com uma quantidade de massa plástica obtida, forma-se uma pequena bola, que será rolada sobre uma placa de vidro esmerilhada com pressão suficiente da mão, de modo a resultar a forma de cilindro. Quando este atingir a 3mm (verificado com o cilindro de comparação) sem se fragmentar, amassa- se o material e procede-se como anteriormente. Repete-se a operação até que, por perda de umidade, o cilindro se fragmenta quando atingir 3 mm de diâmetro. -Transfere-se alguns pedaços do cilindro fragmentado para um recipiente e determina-se a umidade em estufa à temperatura de 105 ºC-110ºC. Repete-se o procedimento acima referido até serem obtidos 3 valores que não difiram da respectiva média de mais de 5%. CARACTERÍSTICA DOS GRÃOS Índice de Grupo -Chama-se Índice de Grupo a um valor numérico, variando de 0 a 20, que retrata o duplo aspecto de plasticidade e graduação das partículas do solo. O IG é calculado pela fórmula: IG = 0,2 a + 0,005 ac + 0,01 bd em que: a = p200-35 (se P200>75►a=40 e se P200<35 ►a= 0) (a) varia de 0 a 40; b = p200-15 (se P200>55►b =55 e se P200<15 ► b=0) (b) varia de 0 a 40; c = LL-40 (se LL > 60 ► c =20 e se LL < 40 ► c=0) c varia de 0 a 20; d = IP-10 (se IP > 30 ► d= 20 e se IP < 10 ► d=0) d varia de 0 a 20. Os valores de a, b, c, d e IG deverão ser expressos em números inteiros positivos. CARACTERÍSTICA DOS GRÃOS 17 Equivalente de Areia (EA) – (DNER – ME 054/94) -Equivalente de Areia é a relação entre a altura de areia depositada após 20 minutos de sedimentação e a altura total de areia depositada mais a de finos (silte e argila) em suspensão, após aquele mesmo tempo de sedimentação, numa solução aquosa de cloreto de cálcio. -O Equivalente de Areia é utilizado no controle de finos de materiais granulares usados em pavimentação. CARACTERÍSTICA DOS GRÃOS Ensaio de Compactação (NORMA DNIT 164/2013-ME) -O ensaio original para determinação da umidade ótima e da massa específica aparente seca máxima de um solo é o ensaio de Proctor, proposto em 1933, pelo engenheiro americano que lhe deu o nome. -Este ensaio, hoje em dia conhecido como ensaio normal de Proctor (ou AASHTO Standard), padronizado pelo DNER, consiste em compactar uma amostra dentro de um recipiente cilíndrico, com aproximadamente 1000 cm3, em três camadas sucessivas, sob a ação de 25 golpes de um soquete, pesando 2,5 kg, caindo de 30 cm de altura. -O ensaio é repetido para diferentes teores de umidade, determinando-se, para cada um deles, a massa específica aparente seca. Com valores obtidos traça-se a curva γs = f (h), onde se obterá o ponto correspondente a γs.máx e hot. -Para o traçado da curva é conveniente a determinação de uns cinco pontos, procurando-se fazer com que dois deles se encontrem no ramo seco, um próximo a umidade ótima e os outros dois no ramo úmido. CARACTERÍSTICA DOS GRÃOS 18 Ensaio de Compactação (NORMA DNIT 164/2013-ME) CARACTERÍSTICA DOS GRÃOS Ensaio de Compactação (NORMA DNIT 164/2013-ME) -A Norma (NORMA DNIT 164/2013-ME) define como as Energias de Compactação da seguinte forma: CARACTERÍSTICA DOS GRÃOS 19 Ensaio de Compactação (DNER - ME 129/94) CARACTERÍSTICA DOS GRÃOS Ensaio de Compactação (DNER - ME 129/94) CARACTERÍSTICA DOS GRÃOS 20 Ensaio de Compactação (DNER - ME 129/94) CARACTERÍSTICA DOS GRÃOS Ensaio de Compactação (DNER - ME 129/94) CARACTERÍSTICA DOS GRÃOS 21 Índice de Suporte Califórnia (California Bearing Ratio) (DNER – ME 049/94) -O ensaio de CBR consiste na determinação da relação entre a pressão necessária para produzir uma penetração de um pistão num corpo-de-prova de solo, e a pressão necessária para produzir a mesma penetração numa brita padronizada. -O valor dessa relação, expressa em percentagem, permite determinar, por meio de equações empíricas, a espessura de pavimento flexível necessária, em função do tráfego. CARACTERÍSTICA DOS GRÃOS Índice de Suporte Califórnia (California Bearing Ratio) (DNER – ME 049/94) CARACTERÍSTICA DOS GRÃOS 22 Índice de Suporte Califórnia (California Bearing Ratio) (DNER – ME 049/94) � moldagem do corpo-de-prova: solo ou material passado na peneira ¾”, compactado na massa específica e umidade de projeto, em um molde cilíndrico de 150mm de diâmetro e 125mm de altura, provido de um anel complementar de extensão com 50mm de altura; � imersão do corpo-de-prova: imerge-se o cilindro com a amostra compactada dentro, em um depósito cheio d’água, durante quatro dias. Durante todo o período de imersão é empregada uma sobrecarga-padrão de 10lbs sobre o corpo-de- prova, que corresponde a 2,5 polegadas de espessura de pavimento sobre o material. Fazem-se leituras por meio de um extensômetro, a cada 24 horas, calculando-se a expansão axial do material em relação à altura inicial do corpo- de-prova; CARACTERÍSTICA DOS GRÃOS Índice de Suporte Califórnia (California Bearing Ratio) (DNER – ME 049/94) � penetração do corpo-de-prova: feita através do puncionamento na face superior da amostra por um pistão com aproximadamente 50mm de diâmetro, sob uma velocidade de penetração de 1,25mm/min. Anotam-se, ou registram-se no caso de equipamento automatizado, as pressões do pistão e os deslocamentos correspondentes, de forma a possibilitar a plotagem de uma curva pressão- penetração, na qual se definem os valores de pressão correspondentes a 2,54mm (P0,1”) e 5,08mm (P0,2”). � Estas curvas de pressão-penetraçãodevem possuir um primeiro trecho praticamente retilíneo, característico de fase elástica, seguido de um trecho curvo, característico de fase plástica. Inflexão no início da curva tem significado de problemas técnicos de ensaio e essas curvas devem ser corrigidas – sugere-se leitura das referências bibliográficas já mencionadas para esses detalhes de ensaio. CARACTERÍSTICA DOS GRÃOS 23 Índice de Suporte Califórnia (California Bearing Ratio) (DNER – ME 049/94) CARACTERÍSTICA DOS GRÃOS Índice de Suporte Califórnia (California Bearing Ratio) (DNER – ME 049/94) CARACTERÍSTICA DOS GRÃOS 24 Índice de Suporte Califórnia (California Bearing Ratio) (DNER – ME 049/94) CARACTERÍSTICA DOS GRÃOS Índice de Suporte Califórnia (California Bearing Ratio) (DNER – ME 049/94) CARACTERÍSTICA DOS GRÃOS 25 Classificação TRB (Antigo HRB) -Nesta classificação, os solos são reunidos em grupos e subgrupos, em função de sua granulometria, limites de consistência e do índice de grupo. -Na Tabela 4 a seguir é mostrado o quadro de clasificação dos solos, segundo o TRB. -Determina-se o grupo do solo, por processo de eliminação da esquerda para a direita, no quadro de classificação. O primeiro grupo a partir da esquerda, com o qual os valores do solo ensaiado coincidir, será a classificação correta. -Páginas 56, 57 e 58 do Manual de Pavimentação do DNIT define as características de cada grupo. CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS Classificação TRB (Antigo HRB) CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS 26 Sistema Unificado de Classificação de Solos (SUCS) -O SUCS baseia-se na identificação dos solos de acordo com as suas qualidades de textura e plasticidade, e grupa-os de acordo com seu comportamento quando usados em estradas, aeroportos, aterros e fundações. -Neste sistema, consideram-se as seguintes características dos solos: a) Percentagens de pedregulhos, areia e finos (fração que passa na peneira nº 200: silte e argila); b) Forma da curva granulométrica; c) Plasticidade e Compressibilidade. -As principais divisões são: solos de granulação grossa (mais de 50% em peso retido na peneira nº 200), solos de granulação fina (mais de 50% em peso passando na peneira nº 200) e solos altamente orgânicos (facilmente identificáveis pelo seu aspecto). CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS Sistema Unificado de Classificação de Solos (SUCS) -Para a aplicação do SUCS fornece a Tabela 5, a seguir, os métodos de identificação de campo e de laboratório, e as características dos grupos de solos referentes a estradas e aeroportos. -As vantagens do emprego do SUCS estão no exercício da identificação de campo, na adoção de uma simbologia que diz da natureza do solo, e no valor prático das indicações que a classificação proporciona a vários ramos da engenharia de solos. CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS 27 Sistema Unificado de Classificação de Solos (SUCS) CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS Outras duas classificações: -MCT; -Classificação Resiliente. Serão abordadas em outros módulos. CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS 28 -É a parte do projeto que analisa o comportamento dos elementos do solo no que se refere diretamente à obra. Os estudos geotécnicos, de um modo geral podem ser assim divididos: ESTUDOS GEOTÉCNICOS -Os estudos geotécnicos para um Projeto de Pavimentação compreendem: � Reconhecimento do Subleito; � Estudos de Ocorrências de Materiais para Pavimentação. Na execução dos estudos geotécnicos para o Projeto de Pavimentação são feitos os seguintes ensaios: a) Granulometria por peneiramento com lavagem do material na peneira de 2,0 mm (n°10) e de 0,075 mm (n°200); b) Limite de Liquidez; c) Limite de plasticidade; d) Limite de Contração em casos especiais de materiais do subleito; e) Compactação; f) Massa específica Aparente "in situ"; g) índice Suporte Califórnia (ISC); h) Expansibilidade no caso de solos lateríticos. ESTUDOS GEOTÉCNICOS 29 Reconhecimento do subleito -Para o dimensionamento de um pavimento rodoviário é indispensável o conhecimento do solo que servirá para a futura estrutura a ser construída. -Este solo de fundação, chamado subleito, requer atenção especial, através de estudos geotécnicos, que possibilitam o seu reconhecimento, identificação e quantificação das suas características físicas e mecânicas assim como a obtenção dos parâmetros geotécnicos necessários ao dimensionamento da estrutura. ESTUDOS GEOTÉCNICOS Reconhecimento do subleito -A espessura final do pavimento, assim como os tipos de materiais a serem empregados são função das condições do subleito. -Quanto pior forem as condições do subleito, maior será a espessura do pavimento, podendo muitas vezes, ser requerida a substituição parcial do mesmo, com troca por outro de melhores condições. -O estudo do reconhecimento do solo do subleito, normalmente é feito em estradas com terraplanagem concluída embora haja também, uma tendência no sentido de que todos os estudos tratados sejam feitos previamente à terraplanagem. Desta forma o projeto da rodovia englobaria os projetos de terraplanagem e pavimentação. ESTUDOS GEOTÉCNICOS 30 Reconhecimento do subleito -Para efeito dos estudos geotécnicos são adotadas as seguintes definições: a) Prospecção e classificação expedida no campo: é a que resulta das sondagens e observação dos materiais quanto a cor, textura e consistência; b) Camadas de solos: são massas de solos contínuas e consideradas homogêneas sob o ponto de vista da classificação; c) Perfil de solos: é o desenho em escala conveniente, de um corte do subleito ou de uma seção de uma jazida até a profundidade sondada e que deverá ser feito de acordo com a classificação de laboratório. ESTUDOS GEOTÉCNICOS Reconhecimento do subleito -O reconhecimento dos solos do subleito é feito em duas fases: a) Sondagem no eixo e nos bordos da plataforma da rodovia para identificação dos diversos horizontes de solos (camadas) por intermédio de uma inspeção expedita do campo e coleta de amostras. b) Realização dos ensaios já citados nas amostras das diversas camadas de solo para um posterior traçado dos perfis de solos. -Para a identificação das diversas camadas de solo, pela inspeção expedita no campo, são feitas sondagens no eixo e nos bordos da estrada, devendo estas, de preferência, serem executadas a 3,50 m do eixo. Os furos de sondagem são realizados com trado ou pá e picareta. ESTUDOS GEOTÉCNICOS 31 Reconhecimento do subleito -O espaçamento máximo, entre dois furos de sondagem no sentido longitudinal, é de 100 m a 200 m, tanto em corte como em aterro, devendo reduzir-se, no caso de grande variação de tipos de solos. Nos pontos de passagem de corte para aterro devem ser realizados também furos de sondagem. (Manual de Pavimentação). -Sondagem a cada 500 m (IS-206: Estudos Geotécnicos); -Profundidade de 0,60m a 1,0m, podendo chegar até 1,50 para determinação do N.A. e perfil de rocha; -São usadas, na descrição das camadas de solos, combinações dos termos citados como, por exemplo, pedregulho areno-siltoso, areia fina-argilosa, etc. -Deverão também ser anotadas as presenças de mica, matéria orgânica, Bloco de Rocha, Matacão e Pedra de Mão. ESTUDOS GEOTÉCNICOS ESTUDOS GEOTÉCNICOS 32 Reconhecimento do subleito -A medida que forem sendo executadas as sondagens e procedida a inspeção expedita no campo, são coletadas amostras para a realização dos ensaios de laboratório; esta coleta deve ser feita em todas as camadas que aparecem numa seção transversal. -Para os ensaios de caracterização (granulometria, LL e LP) é coletada, de cada camada, uma amostra representativa para cada 100 m ou 200 m de extensão longitudinal, podendo o espaçamento ser reduzido no caso de grande variação de tipos de solos. -Para os ensaios de Índice Suporte Califórnia (I.S.C.) retira-se uma amostra representativa de cada camada, para cada 200 mde extensão longitudinal, podendo este número ser aumentado em função da variabilidade dos solos. ESTUDOS GEOTÉCNICOS Reconhecimento do subleito -Para materiais de subleito, o DNIT utiliza o ensaio de compactação AASHTO. normal, exigindo um grau mínimo de compactação de 100% em relação a este ensaio, sendo o I.S.C. determinado em corpos-de-prova moldados nas condições de umidade ótima edensidade máxima correspondentes a este ensaio. -Em geral, o I.S.C. correspondente a estas condições é avaliado mediante a moldagem de 3 corpos-de-prova com umidades próximas a umidade ótima. -Para fins de estudos estatísticos dos resultados dos ensaios realizados nas amostras coletadas no subleito, as mesmas devem ser agrupadas em trechos com extensão de 20 km ou menos, desde que julgados homogêneos dos pontos de vista geológico e pedológico. -Os resultados dos ensaios de laboratórios devem constar de um “Resumo de Resultados de Ensaios", conforme Tabela 26, notando-se que, para dar generalidade ao modelo, figuram ensaios que podem não ser feitos durante o reconhecimento do subleito. ESTUDOS GEOTÉCNICOS 33 Reconhecimento do subleito -Para materiais de subleito, o DNIT utiliza o ensaio de compactação AASHTO. normal, exigindo um grau mínimo de compactação de 100% em relação a este ensaio, sendo o I.S.C. determinado em corpos-de-prova moldados nas condições de umidade ótima edensidade máxima correspondentes a este ensaio. -Em geral, o I.S.C. correspondente a estas condições é avaliado mediante a moldagem de 3 corpos-de-prova com umidades próximas a umidade ótima. -Para fins de estudos estatísticos dos resultados dos ensaios realizados nas amostras coletadas no subleito, as mesmas devem ser agrupadas em trechos com extensão de 20 km ou menos, desde que julgados homogêneos dos pontos de vista geológico e pedológico. -Os resultados dos ensaios de laboratórios devem constar de um “Resumo de Resultados de Ensaios", conforme Tabela 26, notando-se que, para dar generalidade ao modelo, figuram ensaios que podem não ser feitos durante o reconhecimento do subleito. ESTUDOS GEOTÉCNICOS Reconhecimento do subleito ESTUDOS GEOTÉCNICOS 34 Reconhecimento do subleito Com base na Tabela 26, é feita separadamente, para cada grupo de solos da classificação TRB, uma análise estatística dos seguintes valores: – Percentagem, em peso, passando nas peneiras utilizadas no ensaio de granulometria. Geralmente são analisadas as percentagens, passando nas peneiras n°10, n°40 e n°200. – LL – IP – IG – ISC – Expansão (ISC). O DNIT tem utilizado o seguinte plano de amostragem para a análise estatística dos resultados dos ensaios: ESTUDOS GEOTÉCNICOS Reconhecimento do subleito -Chamando X1, X2, X3 ...., Xn, os valores individuais de qualquer uma das características citadas, tem-se: onde: N = Número de amostras X = valor individual ͞x =média aritmética σ = desvio padrão ESTUDOS GEOTÉCNICOS 35 Reconhecimento do subleito min X = valor mínimo provável, estatisticamente máx. X = valor máximo provável, estatisticamente N >. 9 (número de determinações feitas) ESTUDOS GEOTÉCNICOS Reconhecimento do subleito ESTUDOS GEOTÉCNICOS 36 Reconhecimento do subleito ESTUDOS GEOTÉCNICOS Estudo das Ocorrências de Materiais para Pavimentação O estudo das ocorrências de Materiais para Pavimentação é feito em duas fases com base nos dados de geologia e pedologia da região isto é: a) Prospecção Preliminar; b) Prospecção Definitiva durante os trabalhos é feita também a localização das fontes de abastecimentos de água. A prospecção é feita para se identificar as ocorrências que apresentam a possibilidade de seu aproveitamento, tendo em vista a qualidade do material e seu volume aproximado. A prospecção preliminar, compreende: a) Inspeção expedita no campo; b) Sondagens; e c) Ensaios de laboratórios. ESTUDOS GEOTÉCNICOS 37 Estudo das Ocorrências de Materiais para Pavimentação -Assim sendo nas ocorrências de materiais julgados aproveitáveis na inspeção de campo, procede-se de seguinte modo (Figura 38): a) Delimita-se, aproximadamente, a área onde existe a ocorrência do material; Faz-se 4 e 5 furos de sondagem na periferia e no interior da área delimitada, convenientemente localizados até à profundidade necessária, ou compatível com os métodos de extração a serem adotados; ESTUDOS GEOTÉCNICOS Estudo das Ocorrências de Materiais para Pavimentação b) Coleta-se em cada furo e para cada camada, uma amostra suficiente para o atendimento dos ensaios desejados. Anota-se as cotas de mudança de camadas, adotando-se uma denominação expedita que as caracterize. Assim, o material aparentemente imprestável, constituinte da camada superficial, será identificado com o nome genérico de capa ou expurgo. Os outros materiais próprios para o uso, serão identificados pela sua denominação corrente do lugar, como: cascalho, seixos, etc; c) Faz-se a amarração dos furos de sondagem, anotando-se as distâncias aproximadas entre os mesmos e a posição da ocorrência em relação à rodovia em estudo. Uma ocorrência será considerada satisfatória para a prospecção definitiva, quando os materiais coletados e ensaiados quanto a: a) Granulometria por peneiramento com lavagem do material na peneira de 2,0 mm (n°10) e de 0,075 mm (n°200); ESTUDOS GEOTÉCNICOS 38 Estudo das Ocorrências de Materiais para Pavimentação b) Limite de Liquidez LL.; c) Limite de plasticidade LP; d) Equivalente de Areia; e) Compactação; f) Índice Suporte Califórnia - ISC; ou pelo menos, parte dos materiais existentes satisfizerem as especificações vigentes, ou quando houver a possibilidade de correção, por mistura, com materiais de outras ocorrências. As exigências para os materiais de reforço do subleito, sub-base e base estabilizada, são as seguintes: -Para reforço do subleito: características geotécnicas superiores a do subleito (Granulometria, LL, LP e CBR); ESTUDOS GEOTÉCNICOS Estudo das Ocorrências de Materiais para Pavimentação -Para sub-base granulometricamente estabilizada: CBR ≥ 20 e índice do Grupo IG=0 para qualquer tipo de tráfego. -Para base estabilizada granulometricamente: a) Limite de Liquidez máximo 25%; b) índice de plasticidade máximo: 6% c) Equivalente de Areia mínimo*: 30%; d) CBR≥80; e) Expansão≤0,5%; *Caso o Limite de Liquidez seja maior que 25% e/ou índice de plasticidade, maior que 6, poderá o solo ser usado em base estabilizada, desde que apresente Equivalente de Areia maior que 30%, satisfaça as condições de Índice Suporte Califórnia e se enquadre nas faixas granulométricas citadas adiante. ESTUDOS GEOTÉCNICOS 39 Estudo das Ocorrências de Materiais para Pavimentação -Quanto à granulometria, deverá estar enquadrada em uma das faixas das especificações (Tabela 28): ESTUDOS GEOTÉCNICOS Estudo das Ocorrências de Materiais para Pavimentação -A prospecção preliminar das pedreiras é realizada mediante as indicações geológicas, procurando-se avaliar no local por meio de sondagens e de levantamento expeditos: a) O volume de capa ou de expurgo da pedreira; b) A altura e a largura da frente de exploração de rocha aparentemente sã da pedreira. prospecção definitiva das ocorrências de materiais compreende: a) Sondagens e coleta de amostras b) Ensaios de laboratório c) Avaliação de volume das ocorrências ESTUDOS GEOTÉCNICOS 40 Estudo das Ocorrências de Materiais para Pavimentação -No que se refere às pedreiras, será obedecido o que recomenda a Norma ABNT 6490/85 (NB-28/68), para "Reconhecimento e Amostragem para Fins de Caracterização das Ocorrências de Rochas". A coleta de amostras de rochas para serem submetidas aos ensaios correntes de: a) Abrasão Los Angeles b) Sanidade c) Adesividade é realizada através de sondagens rotativas ou então, quando a ocorrência assim o permitir,por extração por meios de furos com barra-mina e explosivos no paredão rochoso. Quando for necessário, os ensaios correntes poderão ser complementados pêlos exames de Lâmina e de Raio X do material coletado. ESTUDOS GEOTÉCNICOS Estudo das Ocorrências de Materiais para Pavimentação -Os resultados das sondagens e dos ensaios dos materiais das amostras das ocorrências de solos e materiais granulares são apresentados através dos seguintes elementos: a) Boletim de Sondagem; b) Quadro-resumo dos Resultados dos Ensaios; c) Análise estatística dos Resultados (Figura 39); d) Planta de Situação das Ocorrências (Figura 40); e) Perfis de Sondagem típicos (Figura 41) -Geralmente para cada ocorrência é apontada a designação de J-l, J -2 etc... -Os resultados das sondagens e dos ensaios dos materiais rochosos (Pedreiras) são também apresentados de maneira similar às ocorrências de solos e materiais granulares, sendo apontado para cada pedreira a designação de P1, P2 etc... (Ver Figura 40). ESTUDOS GEOTÉCNICOS 41 Estudo das Ocorrências de Materiais para Pavimentação ESTUDOS GEOTÉCNICOS Estudo das Ocorrências de Materiais para Pavimentação ESTUDOS GEOTÉCNICOS 42 Estudo das Ocorrências de Materiais para Pavimentação ESTUDOS GEOTÉCNICOS -MEDINA, J., 1997, Mecânica dos Pavimentos. 1ª edição, 380 p. Rio de Janeiro-RJ, Editora UFRJ. -MARQUES, G.L.O., 2010, Notas de Aula da Disciplina Pavimentação. Versão: 06.2, 210 p. Juiz de Fora-MG. -ALMEIDA, G.C.P., 2005, Caracterização Física e Classificação dos Solos, 145 p. Juiz de Fora-MG. -Manual de pavimentação. 3.ed. – Rio de Janeiro, 2006. 274p. (IPR. Publ., 719). -Pavimentação asfáltica : formação básica para engenheiros / Liedi Bariani Bernucci... [et al.]. – Rio de Janeiro : PETROBRAS: ABEDA, 2006, 504 f. : il. -Diretrizes básicas para estudos e projetos rodoviários: escopos básicos / instruções de serviço. - 3. ed. - Rio de Janeiro, 2006. 484p. (IPR. Publ., 726). -Diretrizes básicas para elaboração de estudos e projetos rodoviários: instruções para acompanhamento e análise. - Rio de Janeiro, 2010. 564p. (IPR. Publ. 739). BIBLIOGRAFIA
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